Kunstigt enzym kan aktivere et genskifte

Komplekse reaktionskaskader kan udløses i kunstige molekylære systemer:Schweiziske videnskabsmænd har konstrueret et enzym, der kan trænge ind i en pattedyrscelle og fremskynde frigivelsen af ​​et hormon. Dette aktiverer derefter en gen-switch, der udløser dannelsen af ​​et fluorescerende protein. Resultaterne blev rapporteret af forskere fra NCCR Molecular Systems Engineering, ledet af universitetet i Basel og ETH Zürich.

Naturen er afhængig af enzymer for at fremskynde energikrævende biokemiske reaktioner, der er nødvendige for at bevare liv. Imidlertid, naturlige enzymer er ikke alle lige egnede til alle reaktionstyper. Kunstigt skabte katalysatorer er meget mere alsidige, da de kan fremme mange flere kemiske synteseprocesser.

Der er derfor et stort potentiale i at indføre kunstige katalysatorer i levende celler og organer for at modificere cellefunktioner på et genetisk niveau eller for at skabe et lægemiddel ud fra en harmløs precursor i selve cellen. Imidlertid, sådanne katalysatorer virker ofte kun under strengt kontrollerede forhold, som er næsten umulige at opnå i levende celler.

Kaskade af kunstige komponenter

For at overvinde denne begrænsning, forskere fra universiteterne i Basel (professor Thomas Ward) og Genève (professor Stefan Matile) og fra ETH Zürich (professor Martin Fussenegger) udviklede en katalysator med små molekyler, der kan styre et genskifte. Hvis denne kontakt er aktiveret, den ønskede cellefunktion udløses.

For den aktuelle undersøgelse, forskerne producerede et metalloenzym – et biokompatibelt protein, hvori et katalytisk aktivt metalfragment (i dette tilfælde ruthenium) er inkorporeret. Med denne metode, det lykkedes for første gang at udvikle et kunstigt metalloenzym, der var i stand til at trænge ind i en pattedyrscelle.

En gang i cellen, metalloenzymet – som en trojansk hest – implementerede sin katalytiske funktion og fremskyndede produktionen af ​​et bestemt skjoldbruskkirtelhormon. Dette hormon aktiverede derefter et syntetisk genskifte, der førte til dannelsen af ​​et fluorescerende protein kaldet luciferase.

En ny form for kemi i levende organismer

Studiet, udgivet i Naturkommunikation , beviser gennemførligheden af ​​en innovativ tilgang, der retter sig mod udviklingen af ​​cellefunktioner og sigter mod at komplementere traditionelle biokemiske processer. Værket er et godt eksempel på de muligheder, som kombinationen af ​​syntetisk biologi og organometallisk kemi giver til styring af cellefunktioner i levende organismer.